JP2011017949A

JP2011017949A - 光学物品の製造方法およびその方法により製造された光学物品

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Publication number: JP2011017949A
Application number: JP2009163387A
Authority: JP
Inventors: Takashi Noguchi; 崇野口; Tomohito Fukui; 智仁福井; Keiji Nishimoto; 圭司西本
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2011-01-27

Abstract

【課題】優れた耐擦傷性を有する反射防止層および、その製造方法、さらには、該反射防止層が形成されたプラスチックレンズを提供する。
【解決手段】本発明の光学物品は、基材上に反射防止層を備えた光学物品の製造方法であって、前記反射防止層の、最も基材側にある層を低屈折率層とし、低屈折率層と高屈折率層とを交互に蒸着により７層形成する蒸着工程を備え、前記蒸着工程は、設計主波長λ₀を４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲として、前記最も基材側にある低屈折率層の光学膜厚をλ₁としたときに、０．７λ₀≦λ１≦１．２λ₀の範囲に蒸着する工程と、前記高屈折率層をイオンアシスト蒸着により蒸着する工程とを含む、ことを特徴とする光学物品の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、基材上に反射防止層を備えた光学物品の製造方法およびその方法により製造された光学物品に関する。

一般に、眼鏡用のプラスチックレンズの表面には、傷付き防止のためにハードコート層や反射防止層が設けられている。ハードコート層は、レンズ基材表面に形成され、反射防止層はハードコート層表面に形成される。反射防止層としては、異なる屈折率を持つ物質を交互に積層してなる多層膜層が一般的である。
このような反射防止層としては低屈折率層および高屈折率層の膜厚を大きくする反射防止層が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２９４９０６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の眼鏡レンズにおいても、耐擦傷性は必ずしも十分ではない。

本発明は、上記課題を解決するように、下記の形態または適用例として実現され得る。

〔適用例１〕
本適用例の光学物品の製造方法は、基材上に反射防止層を備えた光学物品の製造方法であって、前記反射防止層の、最も基材側にある層を低屈折率層とし、低屈折率層と高屈折率層とを交互に蒸着により７層形成する蒸着工程を備え、前記蒸着工程は、設計主波長λ₀を４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲として、前記最も基材側にある低屈折率層の光学膜厚をλ₁としたときに、前記λ₁を
０．７λ₀≦λ１≦１．２λ₀
の範囲に蒸着する工程と、前記高屈折率層をイオンアシスト蒸着により蒸着する工程とを含む、ことを特徴とする。

本適用例によれば、第１層の低屈折率層の光学膜厚が０．７λ₀以上１．２λ₀以下の範囲で形成され、尚且つ高屈折率層がイオンアシスト蒸着による形成とすることで緻密な層を形成することができ、反射防止層としての耐擦傷性を格段に向上させる反射防止層を形成することができる。

〔適用例２〕
上述の適用例において、前記低屈折率層が酸化ケイ素からなることが好ましい。
本適用例では、低屈折率層が酸化ケイ素を含有するので、耐擦傷性を格段に向上させる反射防止層を形成することができる。

〔適用例３〕
上述の適用例において、前記高屈折率層が酸化ジルコニウムからなることが好ましい。
本適用例では、高屈折率層が酸化ジルコニウムを含有するため、高屈折率層を硬くすることができる。このため、耐擦傷性を格段に向上させる反射防止層を形成することができる。

〔適用例４〕
上述の適用例において、前記基材がプラスチックからなることを特徴とする。
本適用例では、基材にプラスチックを用いても、耐擦傷性を格段に向上させた反射防止層を形成することができ、耐擦傷性の高いプラスチック製の光学物品が得られる。

〔適用例５〕
上述の適用例において、上記の光学物品がプラスチックレンズであることを特徴とする。
本適用例では、レンズ基材の上に、前述の反射防止層を形成させるので、耐擦傷性の高いプラスチックレンズを得ることができる。

〔適用例６〕
上述の適用例において、上記の光学物品の製造方法により得られる光学物品である。
本適用例では、耐擦傷性を格段に向上させた光学物品を得ることができる。

本発明の実施形態にかかる眼鏡用プラスチックレンズの概略断面図。実施形態における蒸着装置を示す概略図。

以下、本発明の実施形態を説明する。
本実施形態では、光学物品の一例としての眼鏡用プラスチックレンズの製造方法を説明する。
図１は実施形態に係る、眼鏡用プラスチックレンズの概略断面図である。
眼鏡用プラスチックレンズ１０は、基材１の表面に、傷を防止するためのハードコート層２が設けられている。また、ハードコート層２の表面には、７層からなる光学多層膜である反射防止層３が設けられている。

（基材）
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
基材１としては、例えば、透明なプラスチックであるアクリル樹脂、チオウレタン系樹脂、メタクリル系樹脂、アリル系樹脂、エピスルフィド系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート（ＣＲ−３９）、ポリ塩化ビニル、ハロゲン含有共重合体、好ましくはイオウ含有共重合体が使用される。

基材１の屈折率は、１．６以上が好ましい。特に、アリルカーボネート系樹脂、アクリレート系樹脂、メタクリレート系樹脂、チオウレタン系樹脂、あるいはエピスルフィド系樹脂が好ましい。これらの中では、屈折率の点でチオウレタン系樹脂またはエピスルフィド系樹脂が特に好ましい。

（ハードコート層）
ハードコート層２は、有機材料単体、無機材料単体若しくはそれらの複合材料で形成されるが、高い硬度が得られる点と屈折率の調整が可能な点とから複合材料が好ましい。ハードコート層２の屈折率を基材１の屈折率と同程度に調整することによって、ハードコート層２と基材１との界面での反射で生じる干渉縞および透過率の低下を防ぐことができる。

具体的には、ハードコート層２を形成するためのハードコート液が以下の（Ａ）成分と（Ｂ）成分とを含んでいると、硬化後のハードコート層として十分な硬度を持つことができるので好ましい。なお、レンズ基材としては、ハードコート層を含めることもある。
（Ａ）一般式：Ｒ¹ＳｉＸ¹ ₃で示される有機ケイ素化合物
（式中、Ｒ¹は、重合可能な反応基を有する有機基であり、例えば、炭素数１〜６の炭化水素基である。Ｘ¹は、加水分解性基を示す。）
（Ｂ）ルチル型の結晶構造を有する酸化チタンを含有する無機酸化物粒子
（Ｂ）成分としては、粒子径１〜２００μｍのルチル型の酸化チタン粒子であることが好ましい。屈折率の調整の点から、これらの粒子のほかに、粒子径１〜２００μｍのケイ素、錫、ジルコニウム、アンチモンの金属酸化物粒子、あるいはこれらの複合酸化物粒子を組み合わせてハードコート層として複合材料を形成するのがよい。

また、無機材料としてチタン酸化物を使用する際は、その光活性に起因するハードコート層２および基材１の耐光性の低下（具体的には、黄変による透過率の低下や界面の劣化による層はがれの発生）を防ぐために、ルチル型結晶構造を持つチタン酸化物やチタン酸化物の周りを二酸化ケイ素が包む構造の複合酸化物粒子を使用するのが好ましい。ハードコート層２の厚さは、傷つき難さの点から０．５〜１０μｍが好ましい。

なお、基材１とハードコート層２との密着性を得るために、基材１とハードコート層２との界面にプライマ層を設けてもよい。

（反射防止層）
図１に示すように、反射防止層３は、ハードコート層２の表面に低屈折率層３Ｌ１を積層し、低屈折率層３Ｌ１、３Ｌ２、３Ｌ３、３Ｌ４と高屈折率層３Ｈ１、３Ｈ２、３Ｈ３とが交互に積層された７層構造を有している。
低屈折率層３Ｌ１、３Ｌ２、３Ｌ３、３Ｌ４は、本実施形態では酸化ケイ素層（ＳｉＯ₂層）である。
高屈折率層３Ｈ１、３Ｈ２、３Ｈ３に使用可能な物質としては、ＺｒＯ₂（酸化ジルコニウム）、Ｔａ₂Ｏ₅（酸化タンタル）、ＴｉＯ₂（酸化チタン）等が挙げられるが、本実施形態で使用される酸化ジルコニウム層は、硬質であり、少ない層数で目的とする耐擦傷性を向上させることができるので最も好ましい。

反射防止層３を基材１あるいはハードコート層２の上に形成するには、イオンアシスト電子ビーム蒸着装置が用いられる。但し、低屈折率層を形成する際には、必ずしもイオンアシスト電子ビーム蒸着装置を用いる必要はない。

図２は、本実施形態の反射防止層３の製造に用いる蒸着装置１００の模式図である。図２において、蒸着装置１００は、真空容器１１、ターボ分子ポンプ２１と圧力調整バルブ２２とを有する排気装置２０、ガスシリンダー３１と流量制御装置３２とを有するガス供給装置３０および真空容器１１内の圧力を指示する圧力計５０を備えている。

真空容器１１は、真空容器１１内に蒸着材料がセットされた蒸発源（るつぼ）１２、１３、蒸発源１２、１３の蒸着材料を加熱溶解（蒸発）する加熱手段１４、基材１が載置される基材支持台１５、基材１を加熱するための基材加熱用ヒーター１６、フィラメント１７、および、導入したガスをイオン化し加速して基材１に照射するイオン銃１８等を備えている。また、必要に応じて真空容器１１内に残留した水分を除去するためのコールドトラップや、層厚を管理するための装置等が具備される。

蒸発源１２、１３は、蒸着材料がセットされたるつぼであり、真空容器１１の下部に配置されている。

加熱手段１４は、フィラメント１７の発熱によって発生する熱電子を、イオン銃１８により加速、偏向して、蒸発源１２、１３にセットされた蒸着材料に照射し蒸発させる。いわゆる電子ビーム蒸着が行われる。
また、蒸着材料を蒸発させる他の方法として、タングステン等の抵抗体に通電し蒸着材料を溶融／気化する方法（いわゆる、抵抗加熱蒸着）、高エネルギーのレーザー光を蒸発させたい材料に照射する方法等がある。

基材支持台１５は、所定数の基材１を載置する支持台であり、蒸発源１２、１３と対向した真空容器１１内の上部に配置されている。基材支持台１５は、基材１に形成される反射防止層３の均一性を確保し、かつ量産性を高めるために回転機構を有するのが好ましい。

基材加熱用ヒーター１６は、例えば赤外線ランプからなり、基材支持台１５の上部に配置されている。基材加熱用ヒーター１６は、基材１を加熱することにより基材１のガス出しあるいは水分とばしを行い、基材１の表面に形成される層の密着性を確保する。
なお、赤外線ランプの他に抵抗加熱ヒーター等を用いることができる。但し、基材１の材質がプラスチックの場合には、赤外線ランプを用いるのが好ましい。

以上に説明した真空容器１１内の基材支持台１５に、ハードコート層２の形成された基材１が載置されて、蒸着装置１００を稼動して反射防止層３の形成が行われる。
蒸着する条件はイオンアシストにおいては加速電圧７００〜１０００Ｖ、加速電流５００〜１２００ｍＡであることが好ましい。
ここで、膜厚は、電子銃の加速電流の強弱、ならびに、蒸着時間の長短により容易に制御することができる。
なお、反射防止層３の上には、必要に応じて防汚層や防曇性を有する層を形成してもよい。

このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
反射防止層３は７層からなり、低屈折率層３Ｌ１の膜厚が０．７λ₀以上１．２λ₀以下の範囲で形成されるので、反射防止層３の耐擦傷性を格段に向上させることができ、耐擦傷性に優れた眼鏡用プラスチックレンズ１０を提供できる。

反射防止層３を構成する高屈折率層３Ｈ１、３Ｈ２、３Ｈ３が酸化ジルコニウムであり、イオンアシスト真空蒸着法によって形成されるため、高屈折率層を硬くすることができる。このため、格段に耐擦傷性に優れた反射防止層を提供できる。

本実施形態では、高屈折率層の構成物質としてＺｒＯ₂を用いたが、その他、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅等を用いてもよい。

次に、本発明の実施例について説明する。
具体的には、反射防止層３等を備えた眼鏡用プラスチックレンズ１０を製造し、耐擦傷性の評価を行った。

［実施例１］
〔眼鏡用プラスチックレンズの製造〕
（ハードコート層の形成）
ハードコート液は、プロピレングリコールモノメチルエーテル１３６０ｇ、メタノール分散二酸化チタン−二酸化ジルコニウム−二酸化ケイ素複合微粒子ゾル（触媒化成工業（株）製、商品名「オプトレイク１１２０Ｚ（Ｓ−７・Ａ８）」、固形分濃度２０重量％）６４５０ｇおよびγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン１７００ｇを混合し、この混合液に０．０５Ｎ塩酸水溶液５００ｇを撹拌しながら滴下し、４時間撹拌後一昼夜熟成させた後、Ｆｅ（III）アセチルアセトネート１０ｇ、シリコン系界面活性剤（日本ユニカー（株）製、商品名「Ｌ−７００１」）３ｇを添加し４時間撹拌後一昼夜熟成させて調整した。

このようにして得られたハードコート液を、アルカリ処理を施した屈折率１．６７の眼鏡レンズ（セイコーエプソン（株）製、セイコースーパーソブリンレンズ生地）に浸漬法にて塗布した。引き上げ速度は、２０ｃｍ／ｍｉｎとした。塗布後８０℃で２０分間乾燥した後、１３０℃で１２０分間焼成を行い、ハードコート層２を形成した。

（反射防止層の形成）
図２に示す蒸着装置１００を用い、上記で得られたハードコート層２の表面にハードコート層２側から順に、表１に示す光学膜厚λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅、λ₆、λ₇で反射防止層３を形成した。反射防止層３は、ハードコート層２側から低屈折率層と高屈折率層とを順に積層させ、合計７層とした。
このとき、低屈折率層として酸化ケイ素を、高屈折率層として酸化ジルコニウムを用いた。また、低屈折率層は８．０×１０^-4Ｐａの真空度で蒸着し、高屈折率層は６．０×１０^-3Ｐａの真空度でイオンアシスト蒸着によって成膜した。電子銃の条件は３００ｍＡ、イオンアシストは加速電圧８００Ｖ、加速電流２５０ｍＡ、酸素ガス導入量２０ｓｃｃｍとした。
ここで、第１層の低屈折率層３Ｌ１の光学膜厚λ₁は１．０００λ₀であり、７層中、最も厚く形成されている。表１に反射防止層３の光学膜厚を示す。

（防汚層の形成）
信越化学工業株式会社製のフッ素含有有機ケイ素化合物（製品名「ＫＹ−１３０」）を用いた。ここで、ＫＹ−１３０を、フッ素系溶剤（住友スリーエム株式会社製：ノベックＨＦＥ−７２００）に希釈して固形分濃度３質量％溶液を調製し、これを多孔質セラミックス製のペレットに１ｇ含浸させ乾燥させたものを蒸着源として使用した。
この蒸着源を図２の蒸着装置１００にセットした後、ハロゲンランプで加熱して、フッ素含有有機ケイ素化合物を蒸発させ、反射防止層３の上に防汚層を形成した。

［実施例２］
実施例２では、第１層の低屈折率層３Ｌ１の光学膜厚λ₁を０．７００λ₀と、７層中、最も厚く形成した。その他の製造条件は実施例１と同様である。表１に反射防止層３の光学膜厚を示す。

［比較例１］
比較例１では、ハードコート層２側から低屈折率層と高屈折率層とを順に積層させ、合計７層からなる反射防止層３を形成した。比較例１は、第１層の低屈折率層３Ｌ１の光学膜厚λ₁が１．０００λ₀であり、７層中、最も厚く形成されるが、高屈折率層３Ｈ１、３Ｈ２、３Ｈ３はイオンアシスト蒸着ではなく、真空蒸着により形成し、反射防止層３を形成した。その他の製造条件は実施例１と同様である。表１に反射防止層３の光学膜厚を示す。

［比較例２］
比較例２では、第１層の低屈折率層３Ｌ１の光学膜厚λ₁を０．５００λ₀と、７層中、最も厚く形成した。表１に反射防止層３の光学膜厚を示す。その他の製造条件は実施例１と同様である。

［比較例３］
比較例３では、ハードコート層２側から低屈折率層と高屈折率層とを順に積層させ、合計５層の反射防止層３を形成した。比較例３は、第１層の低屈折率層３Ｌ１の光学膜厚λ₁が０．４３λ₀であり、５層中、最も厚く形成されるが、実施例１の第１層の低屈折率層３Ｌ１の光学膜厚λ₁の半分にも満たない。その他の製造条件は実施例１と同様である。表１に反射防止層３の光学膜厚を示す。

［比較例４］
比較例４では、比較例３同様に合計５層の反射防止層３であり、光学膜厚も比較例３と同様である。比較例４は、高屈折率層３Ｈ１、３Ｈ２はイオンアシスト蒸着ではなく、真空蒸着により形成し、反射防止層３を形成した。その他の製造条件は実施例１と同様である。表１に反射防止層３の光学膜厚を示す。

λ₀は、設計中心波長であり、λ₀＝５００ｎｍである。

〔評価方法〕
以下に示す方法で、眼鏡用プラスチックレンズ１０の耐擦傷性を測定した。
（耐擦傷性試験）
ＣＯＬＴＳＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社製ベイヤー試験機を用い、上記の製造条件で作成された実施例１，２および比較例１から４の試験品と標準レンズ（株式会社サンルックス製：ＣＲ３９）を５００ｇのメディアで６００回往復させて同時に傷をつけた（ＣＯＬＴＳＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社の指定する標準条件）。
その傷の付いた眼鏡用プラスチックレンズ１０のヘーズ値Ｈ（試験機：スガ試験機株式会社製自動ヘーズコンピューター）を測定して、以下に示す算出式によりベイヤー値Ｒを求め、耐擦傷性の評価を行った。
Ｒ＝｛Ｈ_ST（試験後）−Ｈ_ST（試験前）｝／｛Ｈ_SA（試験後）−Ｈ_SA（試験前）｝
式中の記号は、Ｒ：ベイヤー値、Ｈ_ST：標準レンズのヘーズ値、Ｈ_SA：試験品の眼鏡レンズのヘーズ値である。つまり、ベイヤー値Ｒが大きいほど耐擦傷性が良好である。

〔評価結果〕
（耐擦傷性試験）
耐擦傷性試験の結果を表２に示す。

実施例１および実施例２は、ともにベイヤー値Ｒが１２．０以上であり、高い耐擦傷性を有していることがわかった。
実施例１に対し、反射防止層の膜厚が実施例１と同じ比較例１はベイヤー値Ｒが１０．０未満であり、イオンアシスト蒸着により成膜したほうが耐擦傷性の点で好ましいことがわかった。また実施例１に対し、第１層の低屈折率層の膜厚が半分の比較例２は、ベイヤー値Ｒが１０．０未満であり、第１層の低屈折率層の膜厚λ₁は、ベイヤー値Ｒが１２．４４である実施例２の０．７λ₀以上が耐擦傷性の点で好ましいことがわかった。

実施例１および実施例２に対して、比較例３および比較例４は、反射防止層が低屈折率層と高屈折率層の合計５層であり、ベイヤー値Ｒが１０．０未満であることから、反射防止層は低屈折率層と高屈折率層との合計が７層であることが耐擦傷性の点で好ましいことがわかった。

上述の結果から、反射防止層を構成する第１層の低屈折率層３Ｌ１の膜厚λ₁を厚く形成することで、耐擦傷性を向上させることが可能であることがわかった。しかし、蒸着による反射防止層形成において、膜厚を厚く形成するには蒸着時間を長くすることで可能となるが、成膜時間を長くすることは生産性を著しく低下させ、コストアップにも繋がることとなる。本発明の実施形態において、反射防止層の第１層の低屈折率層３Ｌ１が１．２λ₀を越えて形成されても、格段のベイヤー値Ｒの向上は見られず、単に成膜時間を長時間化するだけである。よって、反射防止層の第１層の低屈折率層３Ｌ１は１．２λ₀以下で形成することが望ましい。

本発明は、眼鏡用プラスチックレンズに利用できる他、防塵ガラス、防塵水晶、コンデンサーレンズ、プリズム、光ディスクの反射防止、ディスプレイの反射防止、太陽電池の反射防止、光アイソレータにも利用することができる。

１…基材（レンズ基材）、２…ハードコート層、３…反射防止層、３Ｌ１，３Ｌ２，３Ｌ３，３Ｌ４…低屈折率層（酸化ケイ素層、ＳｉＯ₂層）、３Ｈ１，３Ｈ２，３Ｈ３…高屈折率層（酸化ジルコニウム層、ＺｒＯ₂層）、１１…真空容器、１２，１３…蒸発源、１４…加熱手段、１５…基材支持台、１６…基材加熱用ヒーター、１７…フィラメント、１８…イオン銃、２０…排気装置、２１…ターボ分子ポンプ、２２…圧力調節バルブ、３０…ガス供給装置、３１…ガスシリンダー、３２…流量制御装置、５０…圧力計、１００…蒸着装置。

Claims

基材上に反射防止層を備えた光学物品の製造方法であって、
前記反射防止層の、最も基材側にある層を低屈折率層とし、低屈折率層と高屈折率層とを交互に蒸着により７層形成する蒸着工程を備え、
前記蒸着工程は、設計主波長λ₀を４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲として、前記最も基材側にある低屈折率層の光学膜厚をλ１としたときに、
前記λ１を、
０．７λ₀≦λ１≦１．２λ₀
の範囲に蒸着する工程と、
前記高屈折率層をイオンアシスト蒸着により蒸着する工程とを含む、
ことを特徴とする光学物品の製造方法。
請求項１に記載の光学物品の製造方法において、
前記低屈折率層が酸化ケイ素からなる
ことを特徴とする光学物品の製造方法。
請求項１または請求項２に記載の光学物品の製造方法において、
前記高屈折率層が酸化ジルコニウムからなる、
ことを特徴とする光学物品の製造方法。
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光学物品の製造方法において、
前記基材がプラスチックからなる、
ことを特徴とする光学物品の製造方法。
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光学物品の製造方法において、
前記光学物品がプラスチックレンズである、
ことを特徴とする光学物品の製造方法。
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光学物品の製造方法により形成された、
ことを特徴とする光学物品。